egz.sciaga(2).doc

1.   Podział tłokowych silników spalinowych

może być dokonywany ze względu na:

a). Sposób realizacji cyklu pracy:

-   dwusuwowy – sprężanie i rozprężanie podczas 1 obrotu wału korbowego silnika;

-   czterosuwowy – napełnianie, sprężanie, rozprężanie, wylot, podczas 2 obrotów wału korbowego;

b). Sposób zapłonu mieszanki palnej: za pomocą iskry elektrycznej (ZI), przez samozapłon (ZS);

c). Sposób zasilania silnika powietrzem lub mieszanką palną (zewn lub wewn sposób tworzenia mieszanki):

-   bezpośrednio z otoczenia – silniki wolnossące (atmosferyczne);

-   pośrednio, po wstępnym sprężeniu czynnika przed cylindrem – doładowane;

d). Zastosowanie silnika:

-   napędy maszyn roboczych oraz prądnic – silniki przemysłowe;

-   napędy środków transportu drogowego oraz szynowego – silniki trakcyjne;

-   napędy śrubowe jednostek pływających oraz samolotów – silniki napędu śrubowego;

e). Warunki współpracy silnika z odbiornikiem mocy:

-   stała prędkość obrotowa silnika oraz zmienne obciążenie;

-   zmienna prędkość obrotowa silnika oraz zmienne obciążenie;

-   obciążenie silnika stanowi funkcję prędkości obrotowej (silniki śrubowe);

2.   Podstawowe układy, zespoły i mechanizmy tłokowego, czterosuwowego silnika spalinowego.

Kadłub silnika – nieruchome części podtrzymujące poruszające się elementy mechanizmu korbowo-tłokowego; dolna pokrywa skrzyni korbowej, kadłub, cylindry, głowica cylindrów;

Mechanizm korbowodowy – składa się z elementów ruchomych przejmujących ciśnienie gazów i zamieniający ruch postępowy na obrotowy. Ponadto, elementy te przenoszą siły na wał korbowy. Mechanizm ten obejmuje kompletne tłoki, korbowody, wał korbowy, koło zamachowe;

Mechanizm rozrządu – służy do realizacji w określonej kolejności wydechu produktów spalania i napływu do cylindra świeżego ładunku. Składa się z kolektorów dolotowych i wylotowych oraz elementów pobierających napęd od wału korbowego: drążki, popychacze, dźwigienki, wałek rozrządu, koła zębate.

Układ zaopatrzenia silnika w powietrze – obejmuje sprężarkę lub turbosprężarkę, elementy napędu, zbiornik powietrza, chłodnicę powietrza, filtr powietrza, tłumik szmerów ssania.

Układ zasilania (paliwowy) – składa się z elementów i mechanizmów zapewniających przygotowanie i rozpylenie paliwa oraz regulację jakości lub ilosci ładunku w cylindrze. Układ zasilania silnika ZS zawiera zbiornik paliwa, pompy doprowadzające (niskiego ciśnienia), filtry, pompy wysokiego ciśnienia, regulatory, przewody paliwowe, wtryskiwacze. Układ zasilania silników z zewnętrznym sposobem tworzenia mieszanki palnej: gaźniki lub mieszalniki, regulatory i inne.

Układ smarowania – niezależne urządzenia i mechanizmy służące do doprowadzenia oleju do współpracujących powierzchni i elementów chłodzonych: smarownice, pompy oleju, filtry, zbiorniki oleju, chłodnice oleju itp.

Układ chłodzenia – służy do chłodzenia elementów stykających się ze spalinami. Chłodzenie może być dokonywane wodą, specjalną cieczą, powietrzem, olejem i paliwem (chłodzenie tłoków, pompo-wtryskiwaczy). Zależnie od sposobu chłodzenia danej grupy elementów układ chłodzenia stanowią urządzenia i mechanizmy, służące do doprowadzania czynnika roboczego do detali silnika i wymienniki ciepła.

Układ zapłonowy (tylko ZI) – służy do zapłonu mieszanki palnej sprężonej w cylindrze. Składa się z obwodu elektrycznego niskiego i wysokiego napięcia; akumulator, cewka i rozdzielacz zapłonu/moduł elektroniczny, przewody wysokiego napięcia, świece zapłon.

3.   Uogólniony, termodynamiczny, teoretyczny obieg czterosuwowego tłokowego silnika spalinowego.

Powyższe obieg przedstawiony w układzie p-V i T-s składa się:

-   Adiabatycznego proc. spal. a-c,

-   Doprowadzeniu ciepła przy V=const c-z`, p=const z`-z,

-   Adiabatycznego rozprężania z-b,

-   Mieszanego odprowadzania ciepła V=const, b-f, p=const f-a

Zakłada się: obieg jest realizowany przy 1 kg czynnika roboczego; proces napełniania cylindra odbywa się między GMP i DMP.

4.   Założenia i wyprowadzenie wzoru na sprawność teoretyczną czterosuwowego tłokowego silnika spalinowego.

Założenia:

- czynnikiem roboczym jest gaz doskonały;

- masa czynnika roboczego jest stała i jednakowa we wszystkich procesach;

- zaniedbuje się zmianę ciepła właściwego czynnika roboczego lub uwzględnia się tę zmianę w zależności od tempeatury i składu mieszaniny gazów;

- doprowadzenie ciepła do czynnika roboczego realizowane jest jakooddawanie ciepła od gorącego źródła;

- procesy wymiany czynnika roboczego zamienia się procesami odwracalnymi z uwzględnieniem wymiany ciepła;

- proces sprężania i rozprężania przyjmuje się jako adiabatyczny;

- proces napełniania odbywa się między GMP a DMP;

- obieg realizowany jest przez 1 kg czynnika roboczego.

Teoretyczna sprawność obiegu charakteryzująca stopień jego doskonałości jest:

ht=(q1-q2)/q1=1-(q1/q2);

Ilość doprowadzonego ciepła do obiegu: q1=q1’+q1’’=cv(Tz’-Tc)+cp(Tz-Tz’); q2=q2’+q2’’=cv(Tb-Tf)+cp(Tf-Ta);

Po podstawieniu q1 i q2 do ogólnego wzoru na ht otrzymujemy:

5.   Średnie ciśnienie teoretyczne czterosuwowego tłokowego silnika spalinowego i metoda jego wyznaczania.

Jest to takie umowne stałe ciśnienie, które działając na tłok w czasie 1 suwu wykona pracę równą pracy teoretycznego obiegu silnika. Dla uogólnionego obiegu silnika:

Vs=Vb-Vc=V2d-Vc=Vc(rd-1)=(Va/e)(rd-1);

wówczas

q1=q1’+q1’’=cv(Tz’-Tc)+cp(Tz-Tz’)=

=cvTc[lp-1+klp(r-1)]=

=cvTaek-1[lp-1+klp(r-1)]; średnie ciśnienie teoretyczne obiegu jest równe:

6.   Silnikowe obiegi termodynamiczne Otta, Joule’a, Sabathe’a.

Obieg Joule’a jest stosowany jako obieg porównawczy dla turbin gazowych lub spalinowych. Może być również realizowany w powietrznym silniku tłokowym. Obieg ten składa się z adiabatycznego sprężania 1-2, izobarycznego doprowadzania ciepła 2-3, adiabatycznego rozprężania 3-4 oraz izobarycznego oziębiania 4-1

Obieg Otto – obieg z doprowadzeniem ciepła przy stałej objętości. Składa się z czterech przemian: adiabatycznego sprężania 1-2, izochorycznego doprowadzenia ciepła 2-3, adiabatycznego rozprężania 3-5 oraz izochorycznego odprowadzenia ciepła 5-1. Sprawność obiegu Otta zależy od stopnia sprężania i wykładnika adiabaty. Przy wzroście stopnia sprężania e i wykładnika adiabaty k wzrasta również sprawność teoretyczna obiegu. Sprawność nie zależy od ilości ciepła doprowadzonego do obiegu ani od pracy obiegu. ht=1-(1/ek-1).

Obieg Sabathe’a – jest to obieg z doprowadzeniem ciepła częściowo przy stałej objętości i częściowo przy stałym ciśnieniu. Zwany też obiegiem mieszanym, jest podstawowym i najbardziej ogólnym obiegiem teoretycznym tłokowych silników spalinowych. Pozostałe obiegi (Otto, Diesla) są tylko jego przypadkami granicznymi. Obieg mieszany składa się z następujących przemian: adiabatycznego sprężania 1-2, izochorycznego doprowadzenia ciepła 2-3, izobarycznego doprowadzenia ciepła 3-4, adiabatycznego rozprężania 4-5 oraz izochorycznego odprowadzania ciepła 5-1.

7.   Czynnik roboczy tłokowego silnika spalinowego, jego ilość stechiometryczna oraz własności.

Czynnikiem roboczym nazywamy ośrodek, za pomocą którego realizowany jest rzeczywisty obieg silnika. W tłokowych silnikach spalinowych stanowi go utleniacz, paliwo i produkty spalania. W czasie obiegu pracy silnika czynnik roboczy zmienia swe własności w zależności od temperatury i składu. Właściwości czynnika roboczego przy całkowitym i zupełnym spalaniu. l³1 Skład 1kg paliwa ciekłego: C+H+O=1. Stechiometryczna ilość powietrza do spalania 1kg paliwa wyrażona w kmol:

gdzie

b - wielkość proporcjonalna do stosunku ilości tlenu potrzebnego do spalenia wodoru do ilości tlenu potrzebnego na spalenie węgla. Dla paliw pochodzenia naftowego b=0,33-0,42.

Dla każdego paliwa postaci CnHmOr reakcję całkowitego i zupełnego spalania paliwa można zapisać w postaci:

Ilość powietrza w kilomolach lub m3 teoretycznie potrzebnego do spalania 1 kmola lub 1 m3 mieszaniny gazowej o składzie SCnHmOr+N2=1:

...